Задача № 2.

Необходимо:

1. сконструировать вакуумную систему для создания условий в рабочей камере с давлением равным 10 Па;

2. описать работу основных блоков системы;

3. предложить возможный тип ловушки;

4. описать работу насосов для получения заданного вакуума(низкий, средний, высокий), указанного в Табл.2;

5. привести характеристики трёх насосов, которые следует использовать в вакуумной системе (Табл.2.1);

6. обосновать выбор манометров, привести характеристики и оценить показания этих манометров во время стационарной работы вакуумной системы.

Таблица 2

Типы вакуумных насосов

№	низкий	высокий	сверхвысокий
1	Пластинчато – роторные	Пароструйные диффузионные	Магниторазрядные
2	Пластинчато – статорные	Турбомолекулярные	Криоконденсационные
3	Пароструйные эжекторные	Гетероионные	Орбитронные

Таблица №2.1

№ в журнале	низкий	высокий	сверхвысокий
13	Пластинчато – статорный	Гетероионный	Криоконденсационный

Решение пункта № 1:

Решение пункта № 2:

Вакуумная система для получения сверхвысокого вакуума (Рис. 1.2) содержит прогреваемый блок 7. Прогрев до 400С уменьшает газовыделение всех элементов вакуумной системы, непосредственно подключаемых к сорбционному насосу 4. Камера снабжена несколькими манометрами 9, 10, 11, обеспечивающими измерение давления от атмосферного до сверхвысокого вакуума. Манометр 5 контролирует работоспособность насоса 4. Высоковакуумная часть системы собирается на двух насосах: 18 и 1. В качестве высоковакуумного насоса 18 можно использовать пароструйный насос с ловушкой 17 или турбомолекулярный насос без ловушки. Клапан 16 служит для подключения течеискателя к вакуумной системе, а манометры 14 и 15 – для измерения давления в области среднего и высокого вакуума. В качестве высоковакуумного насоса 1 чаще всего используется вращательный насос. Схема высоковакуумной откачки максимально упрощена, так как используется только в нестационарном режиме при запуске установки.

Решение пункта № 3:

Для защиты откачиваемого объекта от паров рабочей жидкости используются ловушки – устройства для парциальной откачки паров рабочих жидкостей.

Рис 1.3

Механические ловушки (Рис. 1.3а) для объёмных насосов представляют собой устройства, препятствующие прямому пролёту паров рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объект. Для получения заметного защитного действия в момент остановки насоса в ловушке должны выполняться условия молекулярного режима течения газа вплоть до атмосферного давления, что соответствует наибольшему расстоянию между элементами ловушки 0,1 мкм. Такие размеры можно обеспечить только в пористых элементах 1. Наиболее эффективно применение элементов из пористого стекла, стекловолокнистых материалов, пористых меди и нержавеющей стали. Поглощение паров масла в ловушках осуществляется адсорбцией на стенках капиллярных каналов. Период непрерывной работы ловушки составляет несколько сотен часов, по истечении которых элемент должен быть заменён, очищен продувкой атмосферным воздухом или прогрет до высоких температур (500С).

Ловушки с адсорбентом (в качестве адсорбента можно использовать активные угли, цеолиты с размерами пор 9А, активную окись алюминия) нельзя подвергать воздействию атмосферного воздуха, так как они могут поглотить большое количество атмосферной воды, которая затем будет выделяться во время работы насоса (Рис. 1.3б). Для удаления поглощённых в адсорбционном элементе 1 масла и воды ловушку прогревают нагревателем 2 до 300…500С. Клапан 3 помещают в одном корпусе с ловушкой и закрывают во время обезгаживания адсорбента, защищая от загрязнения вакуумную систему.

В ионных ловушках (Рис. 1.3в) корпус, имеющий форму цилиндра, служит заземлённым катодом для холодного разряда. Анодом является стержень 1, расположенный вдоль оси цилиндра. Разряд горит при напряжении на аноде 3 кВ и наличие осевого магнитного поля, создаваемого внешними магнитами. Электроны, эмитируемые катодом, движутся по удлинённой траектории к аноду, ионизируя остаточный газ. Положительные ионы, бомбардирующие поверхность корпуса, разрушают поверхностную плёнку масла. Это приводит к выделению водорода и полимеризации углеводородов в твёрдые вещества. Охлаждение корпуса и защитного экрана 2 осуществляется водой. Такая ловушка может уменьшить парциальное давление паров масла в 10…100 раз.